Antikörper: 7 wichtige Mechanismen, die zur Entwicklung von Antikörpern beitragen

Die folgenden Mechanismen tragen zur Entwicklung von Antikörpern bei:

1. Mehrere Gensegmente der Keimbahn V, D und J:

Humane Keimbahn-DNA enthält 51 V H, 27 D H, 40 V k, 5 J k, 30 V & lgr ; und 4 J & lgr ; Gensegmente. Diese Zahlen wurden aus der Immunglobulingen-Studie eines Individuums, David Perry, abgeleitet.

Die Anzahl der Gensegmente kann bei anderen Personen leicht variieren. Die Maus hat ungefähr 134 V H, 13 D H, 4 funktionelle J K, 85 V k, 4 funktionelle J k, 2 V & lgr ; und 3 funktionelle J & lgr; -Gensegmente.

2. Zufällige Kombination von VJ- und V- (D) -J-Gensegmenten:

Die enorme Antikörpervielfalt wird durch zufällige Kombinationen von V-, J- und D-Gensegmenten erzeugt. Die folgenden möglichen Kombinationen von menschlichen V-, D- und J-Gensegmenten veranschaulichen die Anzahl verschiedener Antikörpermoleküle, die ein menschliches Immunsystem bilden kann.

51VH × 27DH × 6JH = 8262 mögliche Rekombinationen

40 V k × 5 J k = 200 mögliche Rekombinationen

30 V λ x 4J λ = 120 mögliche Rekombinationen

Mögliche kombinatorische Assoziationen von schweren Ketten und leichten Ketten = 8262 (200 + 120) = 2, 64 x 10 6

3. Flexibilität der Kreuzung:

Wie zuvor beschrieben, wird die V-, D- und J-Rekombination durch Entfernen bestimmter Gensegmente erreicht, gefolgt von der Rekombination verbleibender Gensegmente. Die Rekombination umfasst sowohl das Zusammenfügen von RSS zum Bilden einer Signalverbindung als auch das Zusammenfügen von Codierungssequenzen, um ein Codierungsgelenk zu bilden. Die RSS werden genau zusammengefügt. Das Zusammenfügen von Codierungssequenzen ist jedoch oft ungenau.

Durch die flexible Verbindung in den kodierenden Sequenzen werden mehrere Produktkombinationen erzeugt, die alternierende Aminosäuren am kodierenden Gelenk kodieren. Folglich wird Vielfalt erzeugt. Dieses Phänomen wird als Verbindungsflexibilität bezeichnet.

Die durch Verbindungsflexibilität in den kodierenden Gelenken erzeugten Variationen der Aminosäuresequenz fallen in den CDR3 (dritte Region, die die Komplementarität bestimmt). Da der CDR3-Bereich in der Antigenbindungsstelle vorhanden ist, ist die durch Verbindungsflexibilität erzeugte Aminosäuresequenzänderung ein wichtiges Phänomen bei der Erzeugung von Antikörper-Diversität.

4. Nukleotidaddition im P-Bereich (P-Addition):

Während der Keimbahn-DNA-Rekombination wird ein DNA-Einzelstrang an der Verbindung eines variablen Gensegments und einer angehängten Signalsequenz gespalten.

Die Nukleotide am Ende der kodierenden Sequenz kehren zurück und bilden eine Haarnadelstruktur.

Die Haarnadel wird später durch eine Endonuklease entfernt. Diese zweite Spaltung hinterlässt manchmal einen kurzen Einzelstrang am Ende der kodierenden Sequenz.

Komplementäre Nukleotide werden zu diesem Strang durch Reparaturenzyme hinzugefügt, um eine palindrome Sequenz im kodierenden Gelenk (daher als P-Nukleotide bezeichnet) zu erzeugen.

5. N-Zugabe:

Es wurde gefunden, dass in den umgelagerten schweren Kettengenen kodierende Gelenke mit variabler Region bestimmte Nukleotide aufweisen, die in den Gensegmenten der Keimbahn V, D und J nicht vorhanden waren. Diese Nukleotide wurden während DJ- und V- (D) -J-Verbindungsprozessen durch ein Enzym, das als terminale Desoxynukleotidyltransferase (TdT) bezeichnet wird, zugegeben. Sowohl D H Jh als auch V H D H J H können bis zu 15 N-Nukleotide hinzugefügt werden. Darüber hinaus erfolgt die N-Nukleotidaddition in der CDR3-Region des Gens der schweren Kette.

6. Somatische Hypermutation:

Es wurde angenommen, dass, sobald ein umgeordnetes Gen mit variabler Region gebildet wurde, die umgeordnete Einheit stabil war und unverändert blieb. Später stellte sich jedoch heraus, dass einzelne Nukleotide in den VJ- und VDJ-Einheiten durch andere Nukleotide ersetzt wurden. Daher trägt die Veränderung der Nukleotide nach der Umlagerung der Keimbahn-DNA zur Antikörpervielfalt bei. Dieser Mechanismus wird als somatische Hypermutation bezeichnet.

Somatische Hypermutation tritt in einer B-Zelle nach Antigen-Challenge auf. Innerhalb einer Woche nach der Immunisierung mit einem Antigen tritt eine somatische Hypermutation in den B-Zellen auf, die sich in den Keimzentren der sekundären lymphatischen Organe befinden. Aufgrund einer Änderung der Nukleotidsequenz (aufgrund einer somatischen Hypermutation) in den VJ- und VDJ-Regionen unterscheiden sich die nach somatischer Hypermutation gebildeten Antikörper geringfügig von den zuvor von derselben B-Zelle produzierten Antikörpern.

Der Mechanismus der somatischen Hypermutation ist nicht bekannt. Die meisten Mutationen sind eher Nucleotidsubstitutionen als Insertionen oder Deletionen. Eine solche Variation (nach Antigen-Challenge) produziert wahrscheinlich Antikörper mit einer größeren Fähigkeit, Antigen zu binden. B-Zellen, die solche Antikörper mit hoher Affinität produzieren, werden vorzugsweise zum Überleben ausgewählt.

Daher wird dieser Prozess auch als "Affinitätsreifung" bezeichnet. Obwohl somatische Hypermutation in den VJ- und VDJ-Regionen auftreten kann, sind die Änderungen in den CDRs zusammengefasst. Die spontane Mutationsrate in anderen Genen beträgt etwa 10 -8 / bp / Generation. Die somatische Hypermutation in VJ- und VDJ-Geneinheiten in einer B-Zelle tritt jedoch bei einer Häufigkeit von etwa 10 -3 / bp / Generation auf.

7. Vereinigung von schweren Ketten und leichten Ketten:

Wie zuvor erklärt wurde, kann die variable Region der schweren Kette des Menschen etwa 8262 rekombinante DNA-Sequenzen der variablen schweren Kette erzeugen. Die möglichen Rekombinationen in Vk- und Vλ-DNA-Sequenzen sind 200 bzw. 120. Entweder die Kette Vk oder Vλ kann sich mit der schweren Kette verbinden, um ein komplettes Immunglobulinmolekül herzustellen. Daher ist die potentielle Anzahl des Paares von schwerer Kette und leichter Kette 2.644.240 (2, 6 x 10 6 ).

Andere Mechanismen wie Verbindungsflexibilität, P-Addition und N-Addition tragen ebenfalls zur Vielfalt der Erzeugung von Immunglobulinen bei. Es ist jedoch sehr schwierig, die Anzahl der Antikörpermoleküle, die das Immunsystem bilden kann, genau zu berechnen. Es wird berechnet, dass das menschliche Immunsystem etwa 10 ″ verschiedene Antikörpermoleküle erzeugen kann.